NASA在琢磨這18項太空探索技術：開採月球水冰、太陽衝浪和衍射光帆

知識 05-23

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從開採月球水冰到智能航天服，再從「太陽衝浪」飛船到先進的系外行星搜尋者，美國宇航局選定了一系列處在早期研發階段的太空探索技術，將在2019年提供資金以進行進一步研究。

通過創新先進概念（NIAC）計劃，美國宇航局為18個研究項目提供資金。這些項目旨在設計和測試各種技術概念，用於宇航局未來可能執行的探索任務。宇航局空間技術任務理事會負責人吉姆·魯特爾表示：「我們的NIAC計劃通過投資革命性技術研發，孕育可以改變宇航局未來任務面貌的先進概念。我們期待美國的創新者幫助我們利用新技術推動太空探索的邊界。」

1．金星大氣層勘測

BREEZE飛行器（用於極端環境和區域探索的仿生射線的英文首字母縮寫）旨在對金星大氣層進行細緻勘測。這一設計將充氣結構與仿生運動學相結合。研究人員研製了一個能夠在金星雲層下方進行觀測的BREEZE原型。BREEZE利用拉緊的繩索提高飛行效率，繩索可幫助控制BREEZE的升降。此外，BREEZE還裝有太陽能電池板，能夠在飛行途中發電。

2．探索金星

圖片展示的金星探測器採用雙體結構，可用於執行長期地表勘測任務。雙體結構包括一艘懸浮飛船和一顆著陸器，前者從金星大氣層收集能量，而後利用無線傳輸技術，將能量傳輸給地表的著陸器。這項技術能夠讓著陸器獲得源源不斷的能量，進而長期執行地表勘測任務。

3．智能航天服

德州農工大學的工程師研製了一款新型航天服的原型，名為「智能航天服」（SmartSuit）。在設計上，這款航天服能夠提高宇航員艙外活動的移動能力和靈活性，可用於載人火星和其它行星探索任務。智能航天服採用加壓設計和柔性機器人技術，能夠降低宇航員與周邊環境的互動難度。此外，這款航天服還裝有一系列感測器和可伸展的自愈皮膚。自愈皮膚可以充當屏幕，顯示周邊環境的信息。

4．系外行星探測

雙用途系外行星望遠鏡（DUET）的接收面積是計劃建造的口徑最大地面望遠鏡的4倍，口徑則是後者的2倍。這架望遠鏡能夠利用徑向速度法和天體測量學技術對系外行星進行間接探測，同時也能通過測量母星所放射光線的波長，直接探測到系外行星的蹤跡。

5．大氣感知微探針

西弗吉尼亞大學的科學家提議使用微探針研究行星大氣層。微探針懸掛在一個200米長的環上，環提供大氣阻力和靜電升力。這種微型探測器有兩個電動吊杆，能夠感知大氣層的電荷，同時收割少量電量，滿足探測器的用電需求。此外，微探針還將配備轉換裝置、用於補充和調節靜電荷的激發器、集成微處理器、無線電以及感測器。

6．SPEAR深空探測器

SPEAR是一款具有成本效益的輕型核電推進探測器，利用一種反應堆慢化劑和先進的熱電發電機提供動力，以大幅降低堆芯質量。藉助這種探測器，天文學家可以執行深空探索任務。

7．開傘索解纜動力系統（RIPS）

讓探測器登陸行星是一項令人敬畏的挑戰。太陽能並非始終可以獲取，其它能源的成本高、風險大或者過於複雜。開傘索解纜動力系統（RIPS）能夠讓探測器降落到擁有緻密大氣層的行星表面。宇航局表示：「RIPS利用了緻密大氣層這個有利條件，藉助阻力或者浮力產生電量。在執行某些任務時，這種動力系統在重量、成本、發電量和複雜性方面均優於常規能源。」

8．星際探測器

美國宇航局格倫研究中心的天文學家希望放飛超微型探測器，勘測附近的系外行星。這種新型探測器的重量只有幾毫克，能夠在飛行過程中收割能量。

9．月球採礦

藉助所謂的月球極地氣體動力採礦前哨（LPMO），研究人員可以開採用於製造推進劑的月球極地水冰，以降低載人探月和殖民月球的成本。現在，研究小組已經鎖定了月球極地隕坑附近的幾個登陸區。雖然這些隕坑被永凍土覆蓋並且完全處在黑暗之中，但周邊區域有陽光照射。太陽能電池板可以收集陽光發電，以滿足月球水冰開採前哨的用電需求。

10．太空垃圾清理

科學家提議打造橫切遠地點燃料補給軌道導航儀（CHARON），利用主動碎片清理技術（ADR）移除太空垃圾。ADR技術能夠改變某些最大太空碎片的位置，讓它們進入衰減軌道，在不到25年時間裡一步步墜落地球大氣層並燃燒殆盡。CHARON由從低地球軌道獲取的低密度氮和氧提供動力。

11．熱力採礦

科羅拉多礦業大學的研究人員研發了一項熱力採礦技術，可用於開採太陽系冰冷天體的水冰資源。與其它開採技術不同，熱力採礦利用重新定向的陽光直接加熱冰封地表，或者利用鑽孔中的導熱桿和加熱器，加熱地下。這項開採技術簡單易行且成本低廉，可用於開採製造推進劑所需的水冰。現在，研究小組正對太陽系的天體進行評估，尋找熱力採礦技術的最佳地點。

12．小型衛星

受立方體衛星啟發，美國宇航局噴氣推進實驗室的研究人員提議研製低成本小型衛星，用於探索太陽系外側。他們建議派遣這種衛星造訪日球層頂，即太陽風的邊緣。藉助這種衛星，科學家能夠進一步了解太陽風的傳播。

13．先進天文望遠鏡

與當前的天文望遠鏡相比，高展度多目標光譜望遠鏡（The MOST）無論是孔徑、接收面積、視場和光譜成像性能都更勝一籌。它採用緊湊設計，製造成本更低。此外，The MOST還採用扁平膜面，便於在太空部署。膜面設計將望遠鏡的重量降至最低，對錶面誤差的容忍度也超過反射鏡。THE MOST項目入選NIAC計劃第二階段，研究團隊將製造和測試實驗室模型。

14．旋轉式運動擴展合成陣列（R-MXAS）

旋轉式運動擴展合成陣列（R-MXAS）是一款具有革新性的合成孔徑成像輻射計，可用於對地球進行高解析度觀測。在設計上，R-MXAS藉助剛性繫繩上的一個一維天線陣列以及一個或多個以一定角度環繞一維陣列的繫繩天線進行觀測。與當前的設計相比，這款新設計的個頭更小、重量更輕並且能耗更低。

15．自導波束推進系統

德州農工大學工程學實驗站的研究人員將中性粒子束與激光束相結合，研發了一款用於長途太空飛行的新型推進系統。採用這種推進系統的飛船可以造訪柯伊伯帶、奧爾特雲或者附近的恆星系統。研究人員表示這款波束推進系統能夠讓星際飛船的速度達到光速的10%。該項目入選NIAC計劃第二階段。在第二階段，研究小組將進一步打磨他們的模型，同時分析為飛船提供推進力的動力傳輸系統的可行性和設計。

16．太陽中微子探測器